Mechano-optische Kraftmessgeräte im Molekularmaßstab

Dr. Robert Göstl, unabhängiger Forschungsgruppenleiter am DWI – Leibniz-Institut für Interaktive Materialien, hat sich erfolgreich bei der Deutsch-Israelischen Stiftung für Wissenschaftliche Forschung und Entwicklung (GIF) um eine Forschungsförderung im Rahmen des Young Scientist Programms beworben. Dieses Stipendium ermöglicht ihm die Zusammenarbeit und den Austausch mit hervorragenden Wissenschaftlern an israelischen Forschungseinrichtungen und Universitäten. Im Zuge dessen wird er im Mai für eine mehrwöchige Vortragsreihe nach Israel reisen.

Göstls Fachgebiet ist die Mechanochemie von Makromolekülen. Er untersucht also die Einwirkung mechanischer Belastungen auf Polymere und deren dreidimensionale Architekturen. Dabei schaut er sich einerseits Vorgänge in zellähnlichen Strukturen an und analysiert andererseits klassische Materialien für Verbundwerkstoffe. Besonders wichtig für diese Forschung ist, dass Göstl auf ein geeignetes Messinstrument zurückgreifen kann. Er setzt hier sogenannte molekulare mechano-optische Belastungssonden ein. Diese Sonden reagieren auf mechanische Spannungen, indem sie ihre optischen Eigenschaften verändern. Das betrifft beispielsweise Veränderungen in der Aufnahme oder Abgabe von Lichtstrahlung. Die Sonden fungieren so als optische Kraftmessgeräte.

Robert Göstl untersucht nun sogenannte Diarylethene, eine Klasse chemischer Moleküle, deren Struktur sich unter Einwirkung von Licht ändert. Diarylethene formen bei Bestrahlung mit UV-Licht reversibel farbige, geschlossene Ringe. Gleichzeitig ändern sie ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften. Göstl möchte jetzt herausfinden, wie sich die farbigen, ringgeschlossenen Diarylethene unter Krafteinwirkung verhalten. Er vermutet, dass sich die Ringstruktur unter Belastung wieder öffnen würde, sodass die Moleküle ihre ursprüngliche, offene Form zurückgewinnen und damit gleichzeitig ihre Farbigkeit verlieren. Der Farbverlust würde dann Aufschluss darüber geben, welche Kräfte von außen auf die Moleküle einwirken. Prinzipiell könnten hier auch andere, ähnliche Moleküle zum Einsatz kommen. Das Besondere an Diarylethenen ist jedoch, dass beide Formen des Moleküls bei Raumtemperatur stabil sind, was bei ähnlichen Molekülen nicht der Fall ist und eine derartige Belastungsmessung verfälschen würde.
Göstl erwartet, dass diese modifizierten Diarylethene zukünftig als Spannungssensoren zeitunabhängig mechanochemische Veränderungen durch Veränderungen der Farbigkeit anzeigen können werden.